无粘结预应力钢绞线锈蚀后力学性能研究

随着预应力混凝土结构的广泛应用,其耐久性问题已经成为普遍关注的研究课题.钢绞线作为无粘结预应力结构的关键材料,研究其锈蚀引起的耐久性问题具有较强的现实意义.本文采用钢绞线加速锈蚀试验,研究无粘结预应力钢绞线锈蚀后的力学性能,分析不同锈蚀程度对钢绞线的名义极限强度、名义屈服强度、名义弹性模量、伸长率的影响,建立锈蚀率与钢绞线名义极限强度、名义屈服强度,名义弹性模量和伸长率之间关系的数学表达式,提出锈蚀钢绞线的应力-应变本构关系.对比普通钢筋锈蚀后的力学性能,研究表明:钢绞线与普通钢筋相比,对锈蚀更为敏感.本文建议在无粘结预应力混凝土结构中更应该关注钢绞线的锈蚀问题.     

氯盐环境下混凝土内钢绞线的锈蚀特性试验研究

预应力钢筋的锈蚀特性是研究预应力混凝土结构耐久性失效及防治的基础,为此,分别采用内掺盐和外浸盐2种方式在自然气候条件下作了如下3组混凝土内钢筋锈蚀的对比试验:钢绞线与热轧带肋钢筋、钢绞线与热轧光圆钢筋、钢绞线中心钢丝与热轧光圆钢筋。通过对锈蚀过程中锈蚀电流密度的测试以及试验完毕后的破形观察与称重对比和分析,得到如下结果:钢筋外表面锈蚀程度在面向保护层侧明显严重于背向保护层侧;钢绞线及其中心钢丝外表面锈蚀相对最不均匀,具有严重的局部锈蚀———坑蚀形态,带肋钢筋次之,光圆钢筋相对最均匀、全面;钢绞线内表面发生类似于空气中的相对全面、均匀的锈蚀;钢绞线的平均外表面锈蚀率小于热轧带肋钢筋的与热轧光圆钢筋的,但严重的局部锈蚀对其受拉性能极其不利。另外,还对上述锈蚀特性进行了电化学机理分析。     

不同腐蚀介质下钢绞线基本力学性能分析

制作了36根钢绞线试件,其中4根未腐蚀,其他32根分别置于酸雨、5%氯化钠、5%硝酸钠和5%硫酸钠的腐蚀溶液中,采用通电加速法使钢绞线加速腐蚀,并通过静力拉伸试验对钢绞线腐蚀后的力学性能进行测试,主要研究在不同腐蚀介质下钢绞线的破坏形态以及腐蚀率对钢绞线力学性能的影响。结果表明:未腐蚀钢绞线的截面断口形态呈杯锥式,腐蚀率为5%~10%时酸雨溶液、5%硫酸钠溶液和5%氯化钠溶液3种腐蚀介质下钢绞线的截面断口形态以杯锥式、铣刀式为主,而腐蚀介质为5%硝酸钠溶液时钢绞线的截面断口形态呈劈裂-铣刀式和劈裂式,其脆性比其他腐蚀介质下更为突出;随着腐蚀率的增加,钢绞线名义屈服强度、极限抗拉强度、极限伸长率等基本力学性能指标显著下降,在腐蚀介质为5%硝酸钠溶液时尤为突出。结合试验结果建立了腐蚀钢绞线双折线本构关系模型。     

锈蚀钢筋混凝土粘结性能劣化研究

为研究锈蚀对钢筋混凝土破坏形式和粘结性能的影响，通过对通电加速锈蚀试件进行拉拔试验，获得试件破坏形式、极限粘结强度与滑移值随保护层厚度和锈蚀率的变化规律，再建立锈蚀钢筋拉拔试件模型，分析全粘结段应力分布情况。研究结果表明：(1)试件破坏形式可大概分为保护层脱落破坏、拔出破坏(产生裂缝)、拔出破坏(不产生裂缝)三种类型；(2)保护层较小时，最大拉力随锈蚀率增大而减小，保护层增大到一定程度，最大拉力随锈蚀率增大出现先增后降的现象，最大拉力对应的滑移量随锈蚀率增大均减小；(3)相同锈蚀率下，粘结强度和滑移量与保护层厚度成正相关，且保护层厚度越小，粘结性能损失越快；(4)靠近加载端或自由端位置粘结应力最大，中间段分布均匀。拉拔过程中，粘结应力整体水平逐渐增大，峰值现象也逐渐凸显，粘结应力峰值随锈蚀发展逐渐下降，且峰值由自由端移动到加载端。     

钢拱架锈蚀对隧道支护体系安全性影响研究

现实隧道工程中,尤其是在有水压、海水等环境下,隧道衬砌中钢筋锈蚀现象尤为突出,钢筋锈蚀使钢筋力学性能退化、锈蚀钢筋与混凝土间的粘结性能退化,这对隧道长期运营的安全性造成很大的影响。采用非线形有限元ADINA软件对Ⅴ级围岩条件下钢拱架锈蚀对支护结构的影响进行探究,得出了在该围岩条件下钢拱架锈蚀对支护结构影响的临界锈蚀率,具有实际的工程意义和实用价值。     

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明：局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%～14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%～21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷...     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

钢结构桁架锈蚀变形的计算分析

以大跨钢结构桁架为研究对象,考虑杆件锈蚀面积占总截面面积的百分比,分析锈蚀对结构变形的影响,研究中假定结构在大气环境下均匀腐蚀。结果表明,锈蚀不断地改变着结构的变形状态,对结构造成累计损伤。因此在此类结构设计中考虑难以避免的锈蚀损伤,在正常使用、耐久性、安全性等方面均是十分有益的。     

站台雨棚钢结构在锈蚀作用下的耐久性评估

考虑钢构件由锈蚀引起的几何削弱及材性退化,提出一种钢结构在锈蚀作用下的耐久性评估方法。通过引入大气腐蚀模型,采用锈蚀缺陷分析方法建立结构有限元模型,同时给出锈蚀钢材屈服应力比下降标准曲线得到结构剩余承载力准则。基于该评估方法,通过迭代计算构件的临界失重率,进而确定构件的损伤系数(耐久性指标)。结合算例阐述站台雨棚钢结构在大气均匀锈蚀作用下的耐久性评估流程。研究结果表明:站台雨棚整体结构的损伤系数随服役时间近似呈线性增长;均匀锈蚀引起的几何削弱与材性退化对结构整体的损伤系数几乎相同;该分析流程可为高铁站台雨棚在大气锈蚀作用下的耐久性评估提供参考。     

基于热-应力耦合分析的钢筋锈蚀作用下隧道衬砌结构性能劣化规律研究

为探究钢筋锈蚀对衬砌结构性能的影响,基于应力场与温度场的耦合分析建立拉拔试验数值模型,并通过试验与计算结果对比验证了模型的可靠性,最终构建锈蚀作用下的衬砌结构性能劣化模型,分析不同锈蚀率下衬砌结构的性能退化规律.研究结果表明:(1)随着衬砌内部钢筋锈蚀率的增大,衬砌各部位的变形量与第一主应力均有不同程度的增加;(2)随...